新的人类基因组图谱将对医生和生物学家有所帮助,但

在围绕人类基因组计划的炒作声中,测绘基因组图谱的方法不止一种——商业竞争对手们已难以看到这一事实。人类基因组计划采用的物理测绘方法是把遗传物质切成碎片,排列出每个碎片的核苷酸碱基(用以拼写出遗传信息的化学“字母”)顺序。然后找到它们之间的结合点,再由计算机把分离的碎片重新组合在一起,其序列转眼之间就可供阅读了。

物理测绘图告诉我们许多东西,但它们不可能告诉我们一切。例如,很难利用物理测绘图来找到特定基因变体(用行话说叫做等位基因)之间的联系以及这些等位基因可能引起的种种疾病。对于这种情况,另有一种更好的基因绘图法——即所谓的连锁图谱法。

连锁图谱法在近几年里有点儿遭遇冷落。现有的最佳连锁图谱是由美国威斯康星州的马什菲尔德医学研究基金会在从法国采集的数据基础上于1998年创建的(用现代遗传科学的话来说是一个生存期之前)。但冰岛的deCODE公司前不久在《自然遗传学》杂志上发表了一个新的图谱——除了分辨率比马什菲尔德图谱高以外,它还揭示出一些令人感兴趣的人类繁殖方面的事实。同时,该公司希望能证实可能非常有利可图的基因的位置所在。

连锁图谱能连续跟踪几代人的基因。一个人身上的每个染色体都是他或她父母亲之一身上相应染色体的嵌合体。大多数体细胞有46个染色体,组成23对。在性细胞(卵子和精子)形成过程中,这些染色体对的单个成员来到一起并互换片段,这个过程叫做交换(crossing over)。细胞分裂,然后把这些新混合的“子”染色体分离成两套23对染色体。这样,性细胞就有了半个正常染色体组。这意味着当它们结合成一体时,就获得完备的染色体组。

冰岛人图谱

该图谱试图根据基因组各种特征被交换过程所分离的频率把它们联系在一起。最易于追踪的特征通常叫做微随体(microsatellites)。这些微随体是染色体的片段,在这些染色体片段中,有两、三个核苷被反复不断地复制。这些重复片段的位置是可预言的,但在染色体与染色体之间,一组核苷被重复的次数有所不同。这就使得微随体(以及在它们附近的任何基因)代代相传。

要让这一过程起作用,你就必须知道谁与谁配对了,比较理想的是知道几代人的情况。而这——除了该公司创始人卡里 · 斯蒂芬森(Kari Stefansson)的国籍以外——就是deCODE公司为什么设在冰岛的原因。该国居民对自己的血统以及他们是由为数不多的祖先传宗接代而来这一事实的浓厚兴趣意味着连锁图谱法的条件对他们特别合适;而把这一结果与冰岛的优秀医疗记录(可追踪到大半个世纪以前)相结合则意味着,当它们世代相传的时候,该图谱可用来鉴别疾病基因。

该公司的计算机通过搜索个人身上存在的特定微随体与在这些人身上出现某种特定疾病之间的关联性做到了这一点。然后,利用来自人类基因组计划的基因定位数据,他们就能够看到哪些近旁的基因在其机能失调时有可能导致这种疾病。最后,他们能够查对并看到这些有关个人是否都有一个该基因的异常变体。

deCODE公司已经在这一前沿领域取得了令人满意的进展。该公司在跟踪大约40个以前未受怀疑的基因(更确切地说是基因的变形)及其有关联的各种疾病,从敏感症到早老性痴呆症等等。三种致病精神分裂症、中风以及一种叫作末梢动脉闭塞病的循环系统疾病——基因已经得到确认。

deCODE公司测绘图谱的努力还产生出一种实用性不怎么大的生物学。连锁图谱无情地暴露私通,只要族谱还在,他们就能够对早已过去的几代人做到这一点,不仅仅是今天还活着的人,无论现在还是过去,冰岛人对伴侣的忠诚似乎是可贺可嘉的。他们中间只有大约1%的人被认为是由该负责者以外的男人做了父亲并且登记了出生(相比之下,在英国人中,这种情况可能高达5~10%)。

测绘图谱的努力也证实,交换的过程在性别之间存在着差异。首先,交换率在女性身上相当不稳定,但在男性身上就不是这样(虽然没人知道为什么);其次,在不同性别之间,染色体上一些交换发生最频繁的部位也有所不同。

世人图谱

在两性身上都有染色体破裂并交换物质的“首选”位置,这一概念也支持另一篇论文的结论。该论文由美国马萨诸塞州坎布里奇市怀特黑德基因组研究中心的大卫 · 阿特休勒(David Altahuler)及其同事撰写,发表在上个月的《科学》杂志上。这意味着染色体是由交换所打乱但本身却很少破碎的小块组成的。

阿特休勒博士所用的标记物不是微随体,而是单核苷酸多态性现象(SNP)。这就是染色体相差一个核苷的位置。平均每几百个核苷可观察到一次SNP。因此它们提供的信息比出现机会较少的微随体更详尽。

阿特休勒博士及其同事们查看了基因组的一小部分——分散在不同染色体上的51个部位,合计约占总量的0.4%。然而,他们研究了来自三大洲——非洲、亚洲和欧洲——的人,发现多套相邻的SNP经常粘连的一起。

的确,他们成功地鉴别出928个这样的SNP团块,其中有许多自智人在10000~20000年前出现以来始终没有因交换而被断开过。有些SNP团块的分布则有其局限性;而其他的SNP团块则在上述三大洲都出现过。欧洲人和亚洲人身上的SNP团块尤其相似,两者都是更多变的非洲模式的子集。

该次观察支持人类起源“出自非洲”的理论。也就是说,智人是在非洲进化出来的,而且大多数非非洲人口把自己的起源追溯到那片大陆,这对于进化生物学家来说是个好消息。阿特休勒博士的研究结果对于疾病搜索者来说也是个好消息,因为SNP团块的图谱会简化有害等位基因的定位过程。一旦连锁图谱确定了致病基因所在的范围,那么追踪SNP就可用来帮助确定致病故障点的确切位置所在。对SNP如何互相联合的了解将加速这一过程。

[The Economist,2002年6月13日]